数字媒体设计图形图像理论基础

本书以数字媒体应用开发为背景，介绍了使用OpenGL、DirectX、Unity3d等应用开发工具所必需的理论知识。本书主要有：计算机图形学的基本原理，包括图形建模、图形变换、光栅化、裁剪、消隐、曲线曲面理论、基本光照模型、纹理映射等；数字图像的基础知识，包括图像几何变换及图像处理基本算法；应用建模技术，包括骨骼模型、水面模型、布料模型等。本书特点是从数字媒体开发工具出发，聚焦于游戏、动漫及虚拟现实等数字媒体技术推荐的基础知识。
本书适合作为高等院校数字媒体、动画类等相关专业教学用书，也可作为广大读者认识和学习数字动画知识的参考书，对于希望系统学习和研究动画的人员具有参考价值。

第1章 绪论
1.1 计算机图形学研究内容
1.2 计算机图形学发展及应用
1.3 标准化图形库OpenGL简介
1.4 数字影视动漫领域应用
习题
第2章 向量和矩阵数学基础
2.1 笛卡尔坐标系
2.2 向量
2.2.1 向量的概念
2.2.2 向量加法
2.2.3 向量乘法
2.3 矩阵
2.3.1 相关概念
2.3.2 矩阵运算规则
习题
第3章 图形图像的数字构成
3.1 图形的几何模型
3.2 三角图元及三角形网格
3.3 点阵图像的构成
习题
第4章 三维空间坐标变换
4.1 变换分类和矩阵变换原理
4.2 基本几何变换
4.2.1 平移变换
4.2.2 旋转变换
4.2.3 缩放变换
4.3 组合变换和层级运动
4.3.1 组合变换
4.3.2 层级变换
4.4 投影变换
4.4.1 平行投影变换矩阵
4.4.2 透视投影变换矩阵
4.5 视窗变换
4.6 坐标系变换和摄像机坐标系
4.7 空间转动的四元数表示法
4.8 Unity3d中的坐标系和摄像机
4.8.1 坐标系
4.8.2 摄像机和视口
4.8.3 变换流程
4.8.4 几何变换工具Transform
4.8.5 摄像机变换工具Camera
习题
第5章 图形裁剪、消隐和光栅化
5.1 图形的窗口裁剪
5.1.1 点的裁剪
5.1.2 线段的裁剪：Cohen-Sutherland区域编码算法
5.1.3 多边形裁剪：Sutherland-Hodgeman逐边裁剪算法
5.2 图形光栅化
5.2.1 点的光栅化
5.2.2 线段的光栅化：DDA算法
5.2.3 线段的光栅化：Bresenham算法
5.2.4 圆的光栅化：Bresenham算法
5.2.5 多边形的光栅化：扫描线填充算法
5.2.6 多边形的光栅化：种子填充算法
5.3 图形消隐
5.3.1 凸多面体消隐
5.3.2 画家消隐算法
5.3.3 Z缓存算法
5.3.4 光线投射算法
习题
第6章 曲线曲面建模技术
6.1 曲线曲面的数学方法
6.1.1 参数方程
6.1.2 插值和逼近
6.1.3 曲线曲面的构造
6.1.4 连续性的定义
6.2 Bezier曲线和曲面
6.2.1 Bernstein 多项式
6.2.2 Bezier 曲线
6.2.3 Casteljau算法
6.2.4 Bezier 曲面
6.3 从B样条到NURBS
6.3.1 B样条基函数
6.3.2 B样条曲线
6.3.3 均匀B样条曲线
6.3.4 准均匀和非均匀B样条曲线
6.3.5 NURBS曲面
习题
第7章 光照计算和纹理映射
7.1 光源和材质
7.2 基本光照模型
7.2.1 环境光漫反射模型
7.2.2 点光源漫反射模型
7.2.3 点光源镜面反射模型
7.2.4 直接光照模型
7.3 平滑处理算法
7.3.1 Gouraud 明暗处理
7.3.2 Phong明暗处理
7.4 全局光照模型和光线跟踪算法原理
7.4.1 折射模型
7.4.2 Whitted 光照模型
7.4.3 光线跟踪算法原理
7.5 基于光能传递的光照算法简介
7.5.1 算法基本思想
7.5.2 辐射方程
7.6 纹理映射
7.6.1 纹理空间和纹理模式
7.6.2 纹理映射函数
7.6.3 生成纹理坐标
7.6.4 多重纹理技术
习题
第8章 图像变换算法原理
8.1 图像处理基本方法
8.1.1 直方图分析
8.1.2 模板处理
8.2 图像几何变换
8.2.1 平移变换
8.2.2 缩放变换
8.2.3 旋转变换
8.2.4 镜像变换
8.2.5 梯形变换
8.2.6 四角自由变形
8.2.7 图像几何变换总结
8.3 图像颜色变换
8.3.1 反相
8.3.2 老照片效果
8.3.3 色调分离
8.3.4 马赛克
8.3.5 锐化
8.3.6 浮雕
8.3.7 正片叠底
8.3.8 颜色加深
8.3.9 直方图均衡化
8.3.10 高斯模糊算法
8.3.11 素描效果算法
习题
第9章 动画模型
9.1 骨骼动画模型
9.1.1 骨骼模型及其数据结构
9.1.2 骨骼变换矩阵
9.1.3 后续骨骼变换
9.1.4 反向动力学算法(IK)
9.1.5 骨骼蒙皮动画
9.1.6 Unity3d中的骨骼蒙皮动画
9.2 布料动画模型
9.2.1 风力计算
9.2.2 重力计算
9.2.3 弹簧力计算
9.2.4 加速度、速度、位移计算
9.2.5 约束和碰撞检测
9.3 粒子动画
9.3.1 粒子运动方程
9.3.2 粒子空间和粒子发射器
9.3.3 粒子管理
9.3.4 粒子纹理
9.4 水面模拟
9.4.1 正弦波
9.4.2 Gerstner 波
9.5 动画插值技术
9.5.1 基本插值方法
9.5.2 向量球面插值及四元数旋转
9.5.3 插值中的速度控制——缓动技术
9.5.4 Unity3d中的插值
习题
第10章 基于GPU的渲染技术
10.1 渲染流水线
10.1.1 渲染流水线基本过程
10.1.2 应用阶段
10.1.3 几何阶段
10.1.4 光栅化阶段
10.2 图形运算器GPU
……